Глобальное изменение климата и проблемы лесной экологии

С. А. Мочалов

Одной из главных причин тревожного обострения экологической обстановки на планете на рубеже III тысячелетия стали существенные изменения климата во многих регионах. Происходящее глобальное потепление неоднородно во времени и в пространстве. Как показывает модель глобальной циркуляции атмосферы, потепление через ближайшие 30-50 лет в наибольшей степени проявится в северном полушарии [Maxwell, 1992]. Установлено, что в Европейской части России во вторую половину ХХ века оно имело место в основном в холодную половину года, а в теплое полугодие изменения были незначительны [Груза, Ранькова, 2001]. То же характерно для Урала и Сибири, где за последние 100 лет среднегодовая температура повысилась почти на 2° [Мочалов, Лессиг, 1998: 333-342; Laessig, Motschalow, 1997: 65].

Россия - ведущая лесная держава мира, ее леса занимают площадь, составляющую 1/4 лесного покрова планеты. Функции лесов полезны и многообразны, и их нарушение негативно отразится на состоянии окружающей среды. Дальнейший рост температур приведет к большим экологическим изменениям в лесу.

Более теплый климат вызовет удлинение периода вегетации у древесных растений, что будет способствовать увеличению их продуктивности и накоплению биомассы. Потепление обусловит перемещение большинства зон растительности. Согласно имеющимся прогнозам, граница бореальных лесов Евразии продвинется на 500-1 000 км на север. Конечно, лесные экосистемы имеют большие диапазоны толерантности, и их отклик на изменения климата не будет мгновенным. Запаздывание ответных реакций может составлять от десятков до сотен лет [Ваганов, 1996: 281-283]. Однако в горных районах Южного Урала (национальный парк "Таганай") на основе детальных дендрохронологических данных уже выявлен явный сдвиг верхней границы леса [Шиятов, Мазепа, Моисеев, Братухина, 2001: 16-31], причем особенно активно идет распространение ели: с начала 60-х годов на 60-80 м вверх или на 500-600 м по склону. Здесь же наблюдается резкое сокращение тундровых участков, и через 50 лет тундровые экосистемы в национальном парке могут полностью исчезнуть.

Палеоклиматические исследования на основе анализа пыльцы позволяют реконструировать видовой состав и распространение сибирских лесов и проследить их изменения в последние тысячелетия [Tchebakova, Monserud, Denissenko, 1997: 33]. 4 600-6 000 лет назад в северной части Сибири в среднем за год было на 2-5° теплее, чем сегодня. При этом и осадков выпадало на 100-200 мм больше, т. е. на 20-30 % больше, чем сегодня. Вследствие более высоких температур и большего количества осадков верхняя граница леса тогда проходила севернее, чем сегодня. Если повышение температуры, наблюдаемое в последние 100 лет, продолжится в таком же объеме или даже ускорится, то сибирские леса в довольно близком будущем могут снова выглядеть так же, как и более чем 4 600 лет назад, т. е. доминировать в них будет не лиственница, как сегодня, а прежде всего ель, пихта и кедр.

Прогнозируется, что следствием дальнейшего повышения температур в Северном полушарии станет также резкое возрастание частоты и интенсивности лесных пожаров, бурь и ураганов [Фуряев, Голдаммер, 1996: 7-8; Berz, 1994: 1-6; Schraft, Durand, Hausmann, 1993]. Этот мрачный прогноз подтверждают события последнего десятилетия, когда ураганы страшной разрушительной силы (12 баллов по шкале Бофорта) - "Вивиан" в феврале 1990 года и "Лотар" в декабре 1999 года - нанесли колоссальный ущерб лесному хозяйству многих европейских стран. Так, если в результате урагана "Вивиан" в лесах всей Европы было повалено 120 млн м3 древесины, что составило 30 % от размера годичного лесопользования, то ураганом "Лотар" спустя 10 лет только во Франции было вывалено 138 млн м3 , а в Швейцарии - 12,8 млн м3 древесины, что соответственно в 3,0 и 2,8 раза превышает размер годичного лесопользования в этих странах [Broggi, 2000: 14-17; Holenstein, 1994].

Для лесов таежной зоны Урала ветровал является постоянно действующим экзогенным фактором. Считается, что бури широкого масштаба возникают здесь сравнительно редко - один раз в 50-75 лет. Узколокальные буревалы повторяются чаще, а несплошные - практически ежегодно. По данным Туркова [Турков, 1979], крупные ветровалы на Урале были в 1799, 1859, 1879 и 1892 годах.

Однако в ХХ веке масштабы и последствия ветровала в этом регионе все чаще приобретают катастрофический характер. Только за последние 30 лет были полностью разрушены или серьезно повреждены огромные лесные массивы в Пермской и Свердловской областях. Так, в 1975 году на западном макросклоне Урала (север Пермской области) ураганом был повален лес на площади 260 тыс. га с запасом древесины более 22 млн м3. Поврежденные леса имели вытянутую в широтном направлении конфигурацию длиной до 150 км и шириной с севера на юг до 50 км [Рожков, Козак, 1989: 55-69]. В Свердловской области по официальным данным лесной службы ветровальные явления - одна из главных причин гибели лесов. За последние 30 лет от ветровала в той или иной мере пострадали насаждения в 46 лесхозах из 51, т. е. практически на всей территории области [Мочалов, Лессиг, 1998: 333-342]. Особенно сильный ущерб лесам области был нанесен в июне 1995 года, когда в результате воздействия ураганного ветра в сочетании с мокрым снегом ветровал охватил площадь более 350 тыс. га [Смолоногов, 2000].

Если оценивать ветровал только с точки зрения ущерба, причиняемого лесному хозяйству, то он, безусловно, является стихийным бедствием, ликвидация последствий которого связана с очень большими затратами, особенно при выращивании искусственных насаждений. При этом, как правило, на ветровальных площадях из монокультуры хвойных пород формируются гомогенные насаждения, не являющиеся ветроустойчивыми [Стойко, 1965: 12-15]. Между тем последствия ветровалов не сводятся только к потере товарной древесины, а имеют комплексный и долговременный характер. Это означает, что массовый ветровал обусловливает нарушения всей лесной экосистемы (почвенного покрова, древостоя, всех ярусов растительности, фауны и т. д.), а для их устранения требуются десятилетия. Поэтому ветровал можно и нужно рассматривать как явление биогеоценотическое [Скворцова, Уланова, Басевич, 1983].

С этой точки зрения было бы, на наш взгляд, полезно более внимательно присмотреться к процессам, происходящим без вмешательства человека в девственных (первобытных, климаксовых) лесах. Структура таких лесов, где ветер наряду с огнем является одной из главных движущих сил динамического развития, столетиями остается очень разнообразной и стабильной. Ветровал здесь играет позитивную роль омолаживающего фактора. Как отмечал В. Г. Турков "…с биогеоценотической точки зрения массовое отмирание перестойных деревьев в первобытном лесу - явление естественное, закономерное и положительное… Во многих районах, в том числе и на Среднем Урале, ветровал завершает жизненный цикл старшего поколения древостоя, создавая субстрат и освобождая территорию для новых поколений леса" [Турков, 1979].

В девственных и долгое время естественно развивающихся лесах Северной, Восточной и Юго-Восточной Европы имеется много погибших, медленно разлагающихся стволов деревьев. Большая их часть была повалена ветром, и в зависимости от того, как сильно разложилась древесина, можно оценить, как давно был ураган. В условиях северного климата может пройти до 100 лет, прежде чем разрушится поваленная древесина ели. В буковых лесах Восточной и Юго-Восточной Европы, напротив, в большинстве случаев имеется меньше мертвой древесины, с одной стороны, потому, что более теплый климат ускоряет разрушение древесины, с другой, потому, что древесина бука и без этого разрушается быстрее, чем у ели [Korpel, 1995].

Мертвая древесина - это жизненное пространство для более чем 4 тыс. отчасти высоко специализированных видов растений и животных. Многие из них совсем не встречаются где-либо еще или так редки, что существует угроза их исчезновения. Различные виды дятлов и сов, а также мхов, лишайников, дереворазрушающих грибов и насекомых живут в этих богатых мертвой древесиной лесах и находят свои жизненные ниши, извлекая выгоду из мелких пространственных различий температуры и влажности в древесине и коре. Благодаря освобождающимся в процессе разрушения древесины питательным веществам, постепенно изменяются и свойства почвы. Таким образом, наличие мертвой древесины - это шанс для сохранения и повышения биоразнообразия в лесу.

В девственных лесах "Fiby" и "Granskar" в центральной части Швеции после нескольких ураганов 1931/32 года поваленные деревья ели, сосны и березы были оставлены в лесу. Ученые университета г. Уппсала зарегистрировали исходную ситуацию после ветровала и на основании результатов последующих исследований сделали вывод, что северные хвойные леса для их естественного обновления нуждаются в повторяющихся нарушениях [Sernander, 1936]. Более поздние исследования на этих же площадях подтвердили эту теорию [Hytteborn, Packham, 1987: 299-311; Leemans, 1991: 157-165].

Для ветровальных площадей в естественно развивающихся лесах с большим количеством мертвой (вываленной и ветроломной) древесины характерно большое многообразие мелких по площади местообитаний, где условия освещенности, температура, влажность воздуха и почвы, движение воздуха могут сильно различаться в пределах нескольких дециметров. Такие экотопы заселяются различными видами растений по-разному и с различной густотой [Webb, 1988: 1186-1195]. Как показали исследования, которые проводились после урагана "Vivian" в Германии и Швейцарии, на не очищенных ветровальниках многочисленные виды древесных и травянистых растений заселяли прежде всего лежащую мертвую древесину и участки вблизи нее [Fischer, Abs, Lenz, 1990: 309-326; Stockli, 1995: 8-14]. Разлагающиеся стволы деревьев являются питательным субстратом и предпочитаемым экотопом для естественного возобновления древесных пород. Например, сегодня в девственном лесу "Fiby" на месте почти полностью разложившихся останков деревьев в большом количестве имеется разновозрастный подрост ели. На основе образующегося таким путем дифференцированного по возрасту и высоте спектра деревьев возникает мозаичная структура леса [Falinski, 1976: 85-106; Korpel, 1995].

В результате сильной минерализации почвы после вывала деревьев вначале часто формируются лесные насаждения, состоящие преимущественно из светолюбивых пионерных пород, таких, как береза, тополь, ива и рябина, которые очень быстро реагируют на резкое изменение экологических условий и обладают высокой семенной продуктивностью [Fischer, Abs, Lenz, 1990: 309-326; Lassig, Motschalow, 2000: 37-45]. Такие пионерные леса в силу их однородности в течение нескольких десятилетий могут быть относительно нестабильны. С увеличением доли теневыносливых хвойных пород их состав и структура становятся более сложными и возрастает устойчивость к воздействию ветра. Так, в американском штате Мичиган уже через 18 лет после урагана сильно возросла доля теневыносливых пород, а через 50 лет последние догнали в росте пионерные виды - березу, тополь и вишню [Spurr, 1956: 443-451].

Девственные и естественно развивающиеся бореальные леса России отличаются от полностью и интенсивно хозяйственно освоенных лесов Центральной Европы более разнообразным составом древесных пород и более динамичным лесовозобновлением [Lassig, Motschalow, 2000: 37-45; Syrjanen, Kalliola, Puolasmaa, Mattsson, 1994: 19-34]. Они представляют собой устойчивые самовозобновляющиеся системы, для которых характерны сложная мозаичная структура, асинхронность возрастного развития биогрупп, фитоциклические смены пород, возвращение в почву всех изъятых у нее минеральных веществ и дополнительное внесение биогенных веществ [Турков, 1979]. Для современного лесоводства изучение динамики происходящих в них процессов - это путь к познанию механизмов формирования устойчивых насаждений и повышения биоразнообразия в лесу.

Список литературы

1 Ваганов Е. А. Регистрация потепления в текущем столетии клетками годичных колец деревьев // ДАН. 1996. Т. 351.

2 Груза Г. В., Ранькова Э. Я. Изменение климатических условий европейской части России во второй половине ХХ века // Влияние изменения климата на экосистемы. Охраняемые природные территории России: анализ многолетних наблюдений / Под ред. А. Кокорина, А. Кожаринова, А. Минина. М., 2001.

3 Мочалов С. А., Лессиг Р. Штормовая активность и ветровал на Урале // Леса Урала и хозяйство в них. Екатеринбург, 1998. Вып. 20.

4 Рожков А. А., Козак В. Т. Устойчивость лесов. М., 1989.

5 Скворцова Е. Б., Уланова Н. Г., Басевич В. Ф. Экологическая роль ветровалов. М., 1983.

6 Смолоногов Е. П. Лесообразовательный процесс и ветровалы // Последствия катастрофического ветровала для лесных экосистем. Екатеринбург, 2000.

7 Стойко С. М. Причины ветровалов и буреломов в Карпатских ельниках и меры борьбы с ними // Лес. хоз-во. 1965. N 9.

8 Турков В. Г. О вывале деревьев ветром в первобытном лесу как биогеоценотическом явлении: На примере горных пихтово-еловых лесов Среднего Урала) // Темнохвойные леса Среднего Урала. Свердловск, 1979. (Тр. Ин-та экологии растений и животных; Вып. 128.)

9 Фуряев В. В., Голдаммер И. Г. Экологические проблемы пожаров в бореальных лесах: опыт и пути международного сотрудничества // Лес. хоз-во. 1996. N 3.

10 Шиятов С. Г., Мазепа В. С., Моисеев П. А., Братухина М. Ю. Изменения климата и их влияние на горные экосистемы национального парка "Таганай" за последние столетия // Влияние изменения климата на экосистемы. Охраняемые природные территории России: анализ многолетних наблюдений / Под ред. А. Кокорина, А. Кожаринова, А. Минина. М., 2001.

11 Berz G. Die Zeichen stehen auf Sturm // Naturwissenschaften. 1994 (81).

12 Broggi M. F. Was geschieht auf Windwurfflachen im Wald? Erkenntnisse aus 10 Jahren Forschung // Natur + Mensch. 2000 (1).

13 Falinski J. B. Windwurfe als Faktor der Differenzierung und der Veranderung des Urwaldbiotopes im Licht der Forschungen auf Dauerflachen // Phytocoenosis. 1976. 5 (2).

14 Fischer A., Abs G., Lenz F. Naturliche Entwicklung von Waldbestanden nach Windwurf - Ansatze einer "Urwalforschung" in der Bundesrepublik // FwCbl. 1990. 109.

15 Holenstein B. Sturmschaden 1990 im Schweizer Wald // Schriftenreihe Umwelt Nr.218: BUWAL Bern, 1994.

16 Hytteborn H., Packham J. R. Decay Rate of Picea abies Logs and the Storm Gap Theorie: A Re-examination of Sernander Plot III, Fiby Urskog, Central Sweden // Arboricultural J. 1987. 11.

17 Korpel S. Die Urwalder der Westkarpaten. Stuttgart; Jena; New York, 1995.

18 Laessig R., Motschalow S. Auswirkungen der Klimaerwaermung in Sibirien // Neue Zuercher Zeitung. 1997. Nr. 287.

19 Lassig R., Motschalow S. A. Waldforschung - Folgen von Windwurfen. Ost-West-Partnerschaft am Beispiel der Auswirkungen von Sturmen auf Walder im Ural. Naturwerte in Ost und West // Publikation zur Tagung "Forum fur Wissen" vom 25. Oktober 2000 an der WSL Birmensdorf.

20 Leemans R. Canopy Gaps and Establishment Patterns of Spruce (Picea abies [ L.] Karst.) in Two Old-growth Coniferous Forests in Central Sweden // Vegetatio. 1991. Nr 93.

21 Maxwell B. Arctic climate: potential for change under global warming // Arctic Ecosystems in Changing Climate. New York, 1992. Nr 11.

22 Schraft A., Durand E., Hausmann P. Sturme uber Europa // Schweizerische Rueckversicherungs-Gesellschaft. 1993.

23 Sernander R. Granskar och Fiby urskog [in Swedish with English abstract] // Acta Phytogeographica Suecia. 1936. Nr 8.

24 Spurr S. H. Natural Restocking of Forests Following the 1938 Hurricane in Central New England // Ecology. 1956. Nr 37 (3).

25 Stockli B. Anleitung zum Moderanbau. Moderholz fur die Naturverjungung im Bergwald // Wald und Holz. 1995. 76, 16.

26 Syrjanen K., Kalliola R., Puolasmaa A., Mattsson J. Landscape structure and forest dynamics in subcontinental Russian European taiga // Ann. Zool. Fennici. 1994 (31).

27 Tchebakova N. M., Monserud R. A., Denissenko O. V. Two applications of the siberian vegetation model to spatial-temporal studies in Siberia // Abstracts of Workshop on spatial-temporal dimentions of high-latitude ecosystem change (the Siberian IGBP Transect). Krasnoyarsk, 1997.

28 Webb S. L. Windstorm Damage and Microsite Colonisation in Two Minnesota Forests // Can. J. For. Res. 1988. Nr 18.